可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流,還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)的快速接通或切斷;實(shí)現(xiàn)將直流電變流電的逆變;將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控硅和其它半導(dǎo)體器件一樣,有體積小、、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn),使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域,成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。目前可控硅在自動控制、機(jī)電應(yīng)用、工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用。
可控硅從外形上區(qū)分主要有螺旋式、平板式底式三種。螺旋式應(yīng)用較多。
可控硅有三個----陽(A)、陰(C)和控制(G),管芯是P型導(dǎo)體和N型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu),共有三個PN結(jié),與只有一個PN結(jié)的硅整流二管在結(jié)構(gòu)上迥然不同??煽毓璧乃膶咏Y(jié)構(gòu)和控制的引入,為其發(fā)揮“以小控大”的控制特性奠定了基礎(chǔ)??煽毓钁?yīng)用時,只要在控制加上很小的電流或電壓,能控制很大的陽電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅,50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。
我們可以把從陰向上數(shù)的、二、三層看面是一只N管,而二、三、四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。可畫出圖1的等效電路圖。當(dāng)在陽和陰之間加上一個正向電壓E,又在控制G和陰C之間(相當(dāng)BG2的基一射間)輸入一個正的觸發(fā)信號,BG2將產(chǎn)生基電流Ib2,經(jīng)放大,BG2將有一個放大了β2倍的集電電流IC2。因?yàn)锽G2集電與BG1基相連,IC2又是BG1的基電流Ib1。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集電電流IC1送回BG2的基放大。如此循環(huán)放大,直到BG1、BG2完全導(dǎo)通。事實(shí)上這一過程是“一觸即發(fā)”的,對可控硅來說,觸發(fā)信號加到控制,可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后,由于循環(huán)反饋的原因,流入BG2基的電流已不只是初始的Ib2,而是經(jīng)過BG1、BG2放大后的電流(β1*β2*Ib2),這一電流遠(yuǎn)大于Ib2,足以保持BG2的持續(xù)導(dǎo)通。此時觸發(fā)信號即使消失,可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài),只有斷開電源E或降低E的輸出電壓,使BG1、BG2的集電電流小于維持導(dǎo)通的小值時,可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然,如果E性反接,BG1、BG2受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時,即使輸入觸發(fā)信號,可控硅也不能工作。反過來,E接成正向,而觸動發(fā)信號是負(fù)的,可控硅也不能導(dǎo)通。另外,如果不加觸發(fā)信號,而正電壓大到超過一定值時,可控硅也會導(dǎo)通,但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發(fā)信號(小觸發(fā)電流)來控制導(dǎo)通(可控硅中通過大電流)的可控特性,正是它區(qū)別于普通硅整流二管的重要特征。
可控硅是一種大功率電器元件,也稱晶閘管。它具有體積小、、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在自動控制系統(tǒng)中,可作為大功率驅(qū)動器件,實(shí)現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。它在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
可控硅特征
芯片與底板電氣絕緣
2500V交流電壓
國際標(biāo)準(zhǔn)封裝
全壓接結(jié)構(gòu),優(yōu)良的溫度特性和功率循環(huán)能力
350V以下模塊皆為強(qiáng)迫風(fēng)冷,400A以上模塊,既可選用風(fēng)冷,也可選用水冷。
安裝簡單,使用維修方便
體積小,重量輕
真空+氫氣保護(hù)焊接技術(shù)
典型應(yīng)用
交直流電機(jī)控制
各種整流電源
工業(yè)加熱控制
調(diào)光
無觸點(diǎn)開關(guān)
電機(jī)軟啟動
靜止無功補(bǔ)償
電焊機(jī)
變頻器
UPS電源
電池充放電
普通晶閘管基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構(gòu)成可控整流電路。以簡單的單相半波可控整流電路為例,在正弦交流電壓U2的正半周期間,如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug,VS仍然不能導(dǎo)通,只有在U2處于正半周,在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時,晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。畫出它的波形(c)及(d),只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時,負(fù)載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早,晶閘管導(dǎo)通的時間就早;Ug到來得晚,晶閘管導(dǎo)通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間,就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值UL。在電工技術(shù)中,常把交流電的半個周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個正半周,從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅龋淖冐?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL,實(shí)現(xiàn)了可控整流。
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